有刷换向电机EMC噪声的产生及其解决方法详解

 

 

一 前言

智能座舱这几年的发展不仅给驾驶员带来了便捷舒适，也给电机行业也带来了一个新的挑战！以前油车时代，大部分座舱结构都是纯机械式，随着新能源掀起的智能座舱潮，电控系统在座舱类的应用数不胜数。座舱类的大部分电机，长时间是处于“固定”状态不会轻易改变，但是此类电机都需要具备一个“往返”的功能，此功能体现在电机上就是“正反转”。

 

 

二 噪声的产生

有刷电机噪声的产生，是因为换向器与碳刷之间的不断切换，出现高频的拉弧，从而出现EMC噪声，此噪声还会因为转速快慢，电压高低与电流大小，分别体现出不同的EMC测试数据。而在换向频繁的电机上，EMC噪声的产生，不仅与碳刷和换向器有关，还与“反向电动势”有关。

有刷电机的结构里，定子一般为“永磁”，转子为“螺线圈”，当螺线圈流过电流的时候，这个电机就是电动机，将电能转换为动能；而当螺线圈不上电，外部转动螺线圈的时候，电机的电源线上会因为螺线圈切割磁力线，产生一个感应电动势。这个感应电动势在电机的每次反向的时候都会产生，故称为“反向电动势”，但这个感应电动势又不是电机工作需要的，那它就会成为一个电机干扰的存在。

其实除了上面说的这个角度，还可以从“电容电压不能突变，电感电流不能突变”这个角度去理解，每一次电机反转的时候，螺线圈里面的电流方向都会要反向，也就是突变，转换成电压来说就是，电压反向，而EMC噪声的形成关键点就是di/dt或者dv/dt这两个大的变化。

至此，换向类有刷电机的噪声，可以确定由两个分量组成：

1.碳刷与换向器之间的拉弧；

2.电机换向时产生的反向电动势；在诸多换向类电机测试EMC的时候，都会发现单一方向转动的时候，电机噪声都十分平稳，但是加上“往返”也就是换向后，电机噪声显的十分明显。下图是某车载座舱同一电机，在“单一方向转动”与“来回换向转动”两种方式下测试出来的电流法数据。

 

三 EMC解决办法

对于电机“单一方向转动”的EMC解决方案，现在解决方案还是比较多的，例如BDL、X/Y电容、电感等一些器件，甚至改变电机的材质与部分结构，都可以改善单一方向下电机的EMC噪声问题。但是对于换向频繁的电机EMC问题，目前行业内，还没有一个较好的解决方案。那么对于“换向类电机”的EMC问题，在解决电机本身的拉弧噪声外，还需要解决的是“反向电动势”。

1.BDL+X/Y电容+TVS+其他功能器件：这个方案是通过BDL与Y电容去吸收电机拉弧的噪声，通过TVS与X电容去钳位吸收反向电动势；

2.硬件+软件：硬件方面需要确保单一方向转动时，电机的EMC噪声是满足测试且余量充足的，再通过调整软件程序，减小切换速度、增长切换时间、降低切换频率等这些方面降低电机换向时产生的反向电动势的次数，来规避高频次的瞬态电动势形成的噪声问题；

3.标准：对于此类电机，在各个标准文件内都会给出明确的规定以及合理的要求，下图是国标内对骚扰源的分类，而换向有刷电机一般都是“短时工作”的“短时宽带”类产品；

而此类骚扰源，在每个车厂或者通用标准文件中，都会有放宽测试限制的明文说明：

甚至在测试设置上，也会有不同的要求：

 

四 总结

在前期规划“有刷换向类电机”项目时，对于EMC测试计划以及EMC测试要求里，编写人员就要与甲方明确电机类型与测试要求，避免后期满足不了测试报告。此外，对于电机本身的选择上，在满足单向转动EMC要求的同时，给电机留出一定的功率冗余，确保电机的性能最佳，且在电子部分做好充分的防护设计！

审核编辑：刘清